La tornitura di coni è una delle operazioni fondamentali ma anche più impegnative in tornitura. I coni sono presenti in alberi, boccole, utensili e accoppiamenti di precisione. Per ottenere risultati accurati è necessario comprendere la geometria, la tecnica di lavorazione e scegliere il metodo giusto.
Una delle operazioni più comuni e interessanti su un tornio manuale è la tornitura conica. È una tecnica utilizzata in un'ampia gamma di settori, dall'automotive all'aerospaziale, per creare parti con un cambiamento graduale di diametro. La tornitura conica è un processo di lavorazione dei metalli che ci consente di realizzare articoli di forma conica o tronco-conica in acciaio, acciaio inox o alluminio.
Fondamenti della Tornitura e la Tornitura Conica
La tornitura è una delle lavorazioni meccaniche più antiche e fondamentali nel settore della meccanica di precisione. Semplificando al massimo, la tornitura è una lavorazione meccanica utilizzata per produrre pezzi con superfici assialsimmetriche. Il pezzo da lavorare viene reso solidale ad un mandrino e fatto ruotare. L’utensile da taglio, invece, si muove lungo il pezzo secondo un moto per lo più rettilineo, seguendo la direzione radiale o assiale oppure, per le superfici sagomate, spostandosi in entrambe le direzioni contemporaneamente. Viene eseguita sulla superficie esterna del pezzo e rappresenta una delle modalità principali della tornitura cilindrica, della tornitura conica o per creare profili sagomati. È ideale per rifinire superfici grezze o creare filettature esterne.
La tornitura è essenziale per l’industria moderna, grazie alla sua capacità di offrire lavorazioni precise, ripetibili e scalabili. Dalla sua nascita come lavorazione manuale, la tornitura ha subito una trasformazione significativa. Tutte queste lavorazioni possono essere attuate sia con il tornio manuale che con il tornio automatico.
Tipologie di Tornitura
Esistono diverse tipologie di tornitura, ognuna adatta a specifiche esigenze di lavorazione:
Leggi anche: Guida alla diagnosi dei difetti di conicità al tornio
| Tipologia di Tornitura | Descrizione | Applicazioni Tipiche |
|---|---|---|
| Tornitura Cilindrica | Porta un pezzo da lavorazione al diametro richiesto dal disegno. | Realizzazione di alberi, perni, boccole. |
| Tornitura Conica | È l'operazione tramite cui si realizzano superfici coniche o tronco-coniche interne o esterne. | Accoppiamenti di precisione, raccordi, perni di centraggio, sedi valvole. |
| Tornitura Piana | Detta anche sfacciatura, si ottiene tenendo le superfici piane perpendicolari all'asse di rotazione. | Finitura di facce e estremità. |
| Foratura | Asportare il nucleo di un oggetto mediante rotazione. | Preparazione a operazioni di alesatura e filettatura. |
| Alesatura | Il processo di alesatura serve a correggere il diametro e l'assialità dei fori cilindrici. | Finitura di fori con precisione dimensionale e geometrica. |
| Sagomatura | È un'operazione che consente di plasmare la forma di un oggetto in profili particolari. | Componenti con profili complessi. |
| Rettifica | La rettifica, detta anche rettificatura al tornio, è eseguita mediante il rettificatore da tornio e comprende una serie di operazioni che hanno l'obiettivo di eseguire la messa a punto dei pezzi torniti. | Superfici con finiture molto elevate e tolleranze strette. |
| Troncatura | La troncatura, detta anche "taglio", è la lavorazione meccanica che serve a distaccare un pezzo da una barra in rotazione con l'impiego di utensili troncatori. | Taglio di pezzi alla lunghezza desiderata. |
La tornitura conica è una delle lavorazioni meccaniche fondamentali per la creazione di accoppiamenti di precisione. Questa lavorazione è cruciale per la produzione di componenti che richiedono un allineamento perfetto o una tenuta ermetica, come raccordi per fluidi, perni di centraggio e sedi valvole. Mentre nella tornitura cilindrica la criticità principale è il rispetto del diametro (tolleranza dimensionale), nella tornitura conica si aggiunge la tolleranza geometrica dell’angolo. I processi di tornitura conica si distinguono in tornitura conica esterna e tornitura conica interna. Esattamente come per la filettatura, la conicità può essere esterna (su un albero/perno) o interna (in un foro/sede).
Metodi di Tornitura Conica su Tornio Parallelo
La scelta del metodo di tornitura dei coni dipende dalla lunghezza del pezzo, dal livello di precisione richiesto e dal tipo di produzione. Non esiste un metodo universale.
1. Metodo dello Spostamento della Contropunta (Setover)
Il metodo di setover della contropunta è uno dei modi più semplici per trasformare un cono su un tornio manuale. È un'ottima opzione per conicità lunghe e poco profonde. Per prima cosa è necessario calcolare la quantità di setover richiesta. Le piccole conicità (coni morse) si ottengono spostando la contropunta di una quantità pari a C = (D - d) * L / 2l, dove L è la distanza fra le punte (cono con spallamenti) e l è la lunghezza del cono. Una volta calcolato il setover, è necessario regolare la contropunta. Allenta il morsetto della contropunta e sposta la contropunta verso o lontano dall'operatore, a seconda che tu stia girando un cono esterno o interno. Si sposta trasversalmente il centro della contropunta. Ora sei pronto per iniziare a girare. Montare il pezzo tra la paletta e la contropunta e utilizzare un utensile da taglio per rimuovere il materiale dal pezzo. Una cosa da tenere a mente con il metodo di setover della contropunta è che può essere utilizzato solo per coni esterni. Per le piccole conicità si usa questo metodo, controllando lo spostamento con il comparatore. Si misura lo spostamento radiale del comparatore su una certa lunghezza.
Allineamento punta contropunta.
2. Metodo del Carrellino Orientabile (Compound Rest)
Il metodo del riposo composto è un altro modo popolare per trasformare un cono su un tornio manuale. Questo è il metodo manuale per eccellenza. Per utilizzare il metodo della pausa composta, devi prima impostare la pausa composta ad angolo. L'angolo del resto composto è uguale alla metà dell'angolo incluso del cono. Una volta impostato l'angolo corretto, è necessario spostare il resto composto lungo il suo asse per creare la rastremazione. Il metodo del riposo composto è ottimo per rastremazioni brevi e ripide. Consente un controllo più preciso sull'angolo di rastremazione, poiché è possibile regolare l'angolo del supporto composto secondo necessità. Per le conicità grandi si inclina il carrellino usando il goniometro sulla torretta, ma la precisione dell'angolo è scarsa. Per le grandi conicità (es. 35°) si inclina il carrellino. Il controllo lo si fa per tentativi con il comparatore e un po' di proporzioni o trigonometra, a seconda che l'inclinazione sia del tipo 1:x o in gradi. Diversamente l'unico sistema è quello di girare sempre la torretta e agire sul manettino (nonio) posteriore.
3. Metodo dell'Accessorio per Tornitura Conica (Taper Turning Attachment)
Se è necessario girare i coni regolarmente, il metodo di attacco per tornitura conica è la strada da percorrere. Per utilizzare l'accessorio per tornitura conica, è necessario prima installarlo sul tornio. L'accessorio è solitamente montato sul basamento del tornio e collegato alla slitta trasversale del tornio. Quindi, è necessario impostare l'angolo del cono sull'attacco. Una volta impostato l'accessorio per la tornitura del cono, è possibile iniziare a ruotare il cono. Mentre il tornio ruota, l'utensile da taglio si sposterà lungo la barra di guida sull'accessorio, creando una rastremazione. Tornire in automatico su tornio parallelo tradizionale ti è possibile solo se disponi di un'apposita attrezzatura chiamata da noi "copia" che monti sulla torretta porta utensili; questo viene fissato alla madrevite e al carrello, quando azioni l'avanzamento automatico questo apparecchio muove in simultanea sia l'asse Z che l'asse X, comunque l'inclinazione devi darla sulla torretta.
Leggi anche: Realizzazione Artigianale Penne in Legno
4. Metodo dell'Utensile di Forma (Form Tool)
Il metodo dello strumento di forma è un modo semplice e diretto per trasformare un cono su un tornio manuale. Per utilizzare il metodo dello strumento di formatura, è necessario innanzitutto creare uno strumento di formatura che abbia la stessa forma della rastremazione desiderata. Una volta che lo strumento di forma è pronto, è necessario montarlo sul portautensili del tornio. Il metodo dello strumento modulo è rapido e semplice, ma presenta alcune limitazioni. Può essere utilizzato solo per coni corti, poiché lo strumento di forma può usurarsi rapidamente se viene utilizzato per coni lunghi.
Componenti Principali del Tornio Parallelo
Per comprendere appieno la tornitura conica, è utile conoscere i componenti principali di un tornio parallelo:
- Il bancale del tornio: Sostiene tutti gli organi della macchina e ne garantisce la rigidezza reciproca e il corretto allineamento. Tipicamente è costituito di ghisa per garantirne maggiore stabilità. Sulla parte superiore del bancale si trovano due guide prismatiche su cui scorre il carro. È tipico che in prossimità della testa motrice vi sia uno scarico (o un tratto di guida smontabile) in modo da garantire la possibilità di lavorare pezzi anche di grandi dimensioni.
- Albero mandrino e mandrino autocentrante: Spesso abbreviato semplicemente con “mandrino”, il mandrino autocentrante afferra e centra il pezzo grazie a delle griffe. Il mandrino autocentrante è accoppiato sull’albero o linea mandrino che è l’albero cavo su cui si monta l’autocentrante.
- Controtesta: È situata all’estremità del bancale opposta alla testa motrice e fa da contro-sostegno al pezzo in lavorazione. È libera di scorrere sulle guide del bancale e viene fissata ad esso tramite una leva con eccentrico o con una vite.
- Gruppo slitta: È costituito dal carro trasversale e dal carrellino superiore (manuale), che hanno la funzione di guidare l’avanzamento dell’utensile. La potenza disponibile del motore è di alcuni kW, mentre le velocità all’albero mandrino sono nel range di 50-3.000 giri/min. Il moto di taglio è garantito dal pezzo portato in rotazione dal mandrino mentre l’utensile si muove trasversalmente e longitudinalmente con il moto di alimentazione e di appostamento.
Materiali, Utensili e Parametri di Lavorazione
La versatilità della tornitura permette di lavorare una vasta gamma di materiali. L'acciaio inox è ideale per applicazioni che richiedono resistenza alla corrosione. È possibile fare tornitura conica anche su plastica; materiali come Nylon o PVC si prestano bene, ma richiedono utensili molto affilati per evitare che il materiale “fletta” modificando l’angolo finale.
Quando si parla di tornitura, è fondamentale menzionare gli inserti. Ogni inserto viene selezionato con cura in base al materiale e al tipo di lavorazione. Gli inserti sono realizzati in metallo duro, ovvero una miscela di carburo di tungsteno e leganti metallici come il cobalto, che conferiscono durezza e resistenza all'usura. La scelta quindi di un inserto o di un porta-inserto adeguati è fondamentale per la buona riuscita dell’operazione.
Per impostare il lavoro al meglio, è necessario considerare diversi parametri di lavorazione. Tutti questi parametri sono correlati tra loro e vanno scelti accuratamente in base al tipo di lavorazione, alle caratteristiche della specifica operazione ed in funzione all'applicazione. L’incremento di uno a svantaggio degli altri può garantire prestazioni più elevate piuttosto che finiture più spinte come anche durate degli utensili più consistenti.
Leggi anche: Tornitura CNC: Precisione e Qualità
L'importanza del posizionamento dell’utensile sull’asse del pezzo è cruciale.
Verifica e Precisione nella Tornitura Conica
Se operi su macchine manuali, la matematica è il tuo strumento più importante. Una volta perfezionato e accordato il progetto in ogni dettaglio, eseguiamo il calcolo della conicità della tornitura (formula tornitura conica: C = (D - d) / L = 2 tg(α/2)) e studiamo l'inclinazione. Poi mettiamo i pezzi in produzione.
Per verificare se una tornitura conica è corretta, si procede con la verifica dell’angolo utilizzando calibri a tampone (per fori conici) o ad anello (per alberi). La finitura superficiale è un altro aspetto critico; soprattutto nei metodi manuali, le vibrazioni (chatter) sono il nemico numero uno. Una volta terminato il pezzo, le superfici coniche sono delicate e richiedono protezione.
Conoscere la teoria è fondamentale, ma applicarla in produzione richiede macchinari e competenze specifiche. Il CNC gestisce entrambe le operazioni (tornitura conica esterna e interna) con la stessa facilità, mentre manualmente la tornitura interna è più complessa per via della visibilità ridotta. Oggi lo standard industriale, e naturalmente anche le aziende specializzate, utilizzano la tornitura CNC. Quando usarlo: Sempre, nella produzione moderna. Grazie all'impiego di torni CNC con software realizzati ad hoc è possibile trasformare i disegni in componenti metallici totalmente fedeli al progetto, creando coni leggeri e senza saldature. Insieme si mette a punto il progetto degli articoli conici per ridurre al minimo costi e tempi di lavoro. Solo dopo aver ottimizzato il tutto si passa alla messa in produzione vera e propria.